以培养卓越工程师为目标的“电工学”教学改革研究

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摘要：“电工学”是高等学校本科非电专业一门主干技术基础课，根据国家培养卓越工程师的要求，不仅要让学生掌握“电工学”的基本知识，也应注重培养其解决实际问题的能力及创新能力。主要从理论与实践两方面，探讨教学模式的改革方法，考虑如何在有限的学时中提高学生学习效率，同时提升学习兴趣，注重学生在理论分析与工程实践两个方面的能力的培养。以面向卓越工程师为培养目标的教学体系改革，旨在实现大学生与用人单位“零距离”对接。

关键词：卓越工程师；电工学；教学改革

作者简介：陆宁（1980-），女，壮族，湖北武汉人，武汉理工大学自动化学院，讲师。

基金项目：本文系武汉理工大学人才模式改革类教学研究基金资助项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0065-02

培养面向服务社会的人才是高等教育主要职能之一，高校教学在开展理论教育的同时，更要注重培养学生的实践能力，为国家培养合格有用的人才，实现大学生与用人单位“零距离”对接。当前，贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》，探索面向“卓越工程师”的教育培养模式尤为重要，高校培养大批接受良好工程教育、具有坚实基本工程素养和卓越创新能力的未来工程师是国家走新型工业化道路、建设创新型国家战略目标的必然要求。[1-3]因此，研究如何在理论教学基础上，培养学生系统的、综合的实践能力，使其更好地发挥大学专业知识于实际工作中是十分重要的。

作为高等学校本科非电专业一门主干技术基础课，“电工学”课程涉及多门交叉课程，内容丰富，[4]不仅要求学生掌握“电工学”的基础知识，更注重培养学生分析与解决实际问题的能力。国外的“电工学”教学理论与实践并重，并通过多媒体、课程网站、仿真手段、网络交互等多种渠道传授知识。国内“电工学”教学方法也不断朝着培养学生理论联系实际的方向发展，不断完善教学内容和教学方法，逐步提高学生的工程实践能力。

在教学实践过程中，在认真钻研教材，熟练掌握教材的重点、难点、侧重点的基础上，研究教学模式改革，注重理论联系实际，面向工程应用，加入学生参与的互动环节，培养学生自觉自主的学习能力与兴趣。

本文考虑如何在有限的学时中能引导学生提高学习效率与学习兴趣，同时注重学生在理论分析与实践应用两个方面的能力的提升。主要从理论与实践两方面探究教学改革，主要用到电子设计自动化EDA（Electronic Design Automation）技术，具体采用虚拟仪器LabVIEW与Multisim仿真平台。

一、理论教学模式的改革

“电工学”课程学时比较少，概念较多，内容相对抽象，学生在听课过程中极易疲倦而走神，因此，课堂教学中授课内容的有效组织与生动展示是吸引学生学习注意力，提高学习效率的关键。

对于“电工学”课程中一些抽象的知识点，仅通过传统的说讲教学方法或者仅仅利用简单动态PPT方法讲授，学生不易理解。因此，本研究提出情境教学模式，在授课过程中加入动态仿真演示，通过仿真软件与可视化平台动态展示出电路的工作原理，直观给出其输出结果，生动形象地帮助学生理解教学内容，提高学生学习兴趣。

1.动态演示所用到的仿真工具

采用虚拟仪器LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Work bench）开发平台来实现动态仿真。LabVIEW 是美国国家仪器公司（National Instruments，NI） 开发的基于图形编译语言（G语言）的实验室虚拟仪器集成环境，它具有十分强大的功能，能够完成仿真、数据采集、仪器控制、测量分析、数据显示和过程监控等任务。

利用LabVIEW，可以通过G语言编写后台程序，通过图形化前面板显示过程与结果，在该平台上开发的仿真演示程序可生成相应的应用程序（可直接点击使用），用以辅助教学。

2.应用举例

以正弦三要素的认识为例，一般理论教学通过PPT文字和简单图文描述正弦量三要素：角频率、幅值、初相位。为了使学生一目了然，可使用LabVIEW开发平台，在其后台用G语言描述实现：将虚拟函数发生器产生的正弦信号送入可视化显示控件，在前面板界面显示不同要素下正弦波形的特征（初相位、幅值、角频率可以自行设置并在前面板显示）。还可以进一步诠释两同频率正弦量同相、反相、超前、滞后的相位关系。学生所看到的界面如图1所示。

这样的演示能够更好地说明幅值、角频率、初相位三要素的变化引起的波形变化，生动描述同频率波形的相位关系，有利于学生对正弦量三要素的认知与理解。

3.仿真理论部分内容安排

根据上课经验归纳抽象知识点，分别设计动态仿真演示程序。该应用程序既可用于课堂上的演示，也可作为实践课程中学生的设计参考。

二、实践教学模式的改革

在改革理论教学的同时增加实践教学课时，让学生在仿真平台上自己动手搭电路，并对电路行为进行仿真，从书本到自己的实践过程将开拓学生的视野，增强动手能力。也可以将其作为大作业布置给学生完成。

1.仿真工具

具体采用Multisim仿真平台。Multisim是美国国家仪器公司推出的仿真工具，适用于模拟/数字电路板的设计工作。它包含电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。使用Mmultisim可以交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电工学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

在仿真平台上，学生可以自己搭建电路，充分调动学生学习的积极性，提升其自主学习和自主探究的能力，达到教与学、理论与实践的和谐统一。

2.应用举例

以《电工学》下册电子技术中第十六章内容中反相比例放大电路的学习为例，仿真电路以及仿真结果的实现如图2（a）、（b）所示。

学生通过绘制电路、功能仿真，加深对电路结构的记忆与认知，同时考虑各部分电路结构与作用，虚拟示波器直观显示了结果，可以看出输出与输入信号的关系：在幅值上成一定比例；输出与输入信号相位相反；输出与输入信号同频率。通过亲身实践使得学生完成认知―设计―仿真―结论的过程，这个过程正是工程实践中调试分析的过程。

在传授理论知识的同时，通过这种实践环节，逐步使学生得到基本技能的训练，逐步培养学生的抽象思维能力、逻辑推理能力、自主学习的能力与兴趣，注重培养学生综合运用所学知识去独立分析问题、解决问题的能力和实践操作能力。

三、课程考核方式的改革

考试形式可采用闭卷理论考核与大作业考核相结合的形式。

其中大作业为实际电路的仿真设计，大作业可与教师的科研工作、企业的生产实际相结合，使实践面向工程实际，促进学生主动参与实践、主动创造、主动探索，充分发挥其创新潜能，全面提升工程实践能力。主要考核指标：仿真软件的熟悉与使用；对电路模型的设计与实现；对仿真结果做出的深入分析。

对大作业的考核采用答辩方式进行，要求学生讲述自己对仿真设计的说明，对其应用前景的综述，以及介绍电路功能的设计与实现情况。

考核方式改革的目的在于考查学生将理论与实践结合的综合能力，深化学生对专业课程的理解，提升工程实践能力。

四、总结

以卓越工程师的培养为目标，不断完善并建立科学的教学体系。本文从理论和实践两方面探索教学模式改革。提出情景教学方法，对一些抽象知识点的讲授，通过仿真软件与可视化平台动态展示，直观地阐述相关知识，加深学生印象，提高学生学习兴趣。并提出电路设计实践环节，与课本理论相联系，与工程实践相联系，注重理论与工程实践的结合，以“在实践中学，在学习中实践”的教学模式，切实提高大学生运用所学分析问题、解决问题的工程实践能力。

参考文献：

[1]林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干思考[J].中国高等教育，2012，（17）：30-32.

[2]教育部关于批准第一批“卓越工程师教育培养计划”高校的通知[Z].2010.

[3]杨智，陈荣军，许清媛，等.电子信息类卓越工程师培养模式探讨[J].武汉大学学报（理学版），2012，58（S2）：9-12.

[4]秦曾煌.电工学[M].第七版.北京：高等教育出版社，2009.